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正渗透膜生物反应器膜污染行为研究

马艳杰  
【摘要】:正渗透膜生物反应器(OMBR)是一种新兴的前景良好的废水处理工艺,然而OMBR的膜污染行为还没有被系统研究过。本论文分别研究了活性污泥性质对OMBR运行时膜污染的影响和OMBR长期运行后形成的滤饼层结构与组成特征。 利用偏最小二乘法(PLS),建立用活性污泥性质预测通量下降速率的模型。此模型有良好的拟合优度、稳健性和预测能力。从建立的模型得到,活性污泥渗透压对通量下降速率起主导作用,本研究中活性污泥渗透压与起始通量呈负相关关系,而高的起始通量会引起通量快速下降。溶解性和结合性多糖与通量下降速率成负相关关系。溶解性多糖对通量下降速率影响较大,结合性多糖对其影响很小。多糖不是主要的膜污染物质,且多糖浓度越高活性污泥渗透压越高,因此多糖与通量下降速率成负相关。相对疏水性、结合性和溶解性蛋白质、MLSS、平均颗粒粒径与通量下降速率呈正相关关系。由于正渗透膜呈疏水性,污染物疏水性越大,越易沉积在膜表面。生物聚合物中的蛋白质是疏水性物质,且结合性和溶解性蛋白质能够增加污泥絮体的相对疏水性,所以蛋白质是主要膜污染物质。结合性蛋白质对通量的影响很大。高MLSS的活性污泥包含较多污染物质,引起较严重的膜污染,造成通量下降速率升高。平均颗粒粒径对通量影响很小,它对通量的影响与正渗透膜过滤特性和正渗透膜活性层结构有关。 分别用激光粒度分析仪、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)等分析了OMBR长期运行后形成滤饼层的结构和组成特征。结果表明OMBR中,膜表面沉积物与活性污泥性质密切相关,膜面沉积物粒径接近于实验结束时污泥混合液粒径,但大于200μm颗粒比接种活性污泥和实验结束时污泥混合液都要多。膜表面形成的滤饼层韧性强,易去除,对膜进行简单冲洗后膜表面只有少量污染物残留,这由于膜粗糙度和孔径小,污染物质不能深入膜孔,与膜表面接触不牢固。滤饼层中有51%质量分数的生物污染物和49%质量分数的无机污染物,可以看到生物污染物和无机物质对膜污染影响很大。用FTIR分析发现滤饼层中生物污染物主要是多糖和蛋白质。EDX分析发现Si、Ca、Mg Al和Fe元素是滤饼层中主要的无机元素。 在OMBR运行过程中,要综合考虑决定起始通量大小,控制无机物质和生物聚合物的量,尤其是蛋白质含量,同时可加大错流速率抑制膜污染。


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